2. Критерії ефективності ацкп

АЦКП – аналогово-цифровий картинний перетворювач, багатофункціональний елемент ННСОН. Може використовуватися в схемі цифрового оптоелектронного процесора у якості паралельного пристрою введення багатоградаційних зображень. На виході такого АЦКП формується набір бінарних розрядних зрізів. В загальному випадку ефективність АЦКП визначається як:

(ефект./затрати)

Під ефективністю АЦКП розуміють отримання максимальної кількості інформації про зображення, що перетворюється, найбільш економічним способом. Тоді в якості ефекту слід використовувати різні характеристики інформації (в частинному випадку – інформаційну продуктивність), а в якості затрат – вартість, затрати обладнання, споживану потужність, тощо.

На різних етапах проектування АЦКП, а иакож при його застосуванні в різних умовах, можуть застосовуватись різні комплексні критерії ефективності (КЕ).

До властивостей КЕ АЦКП висуваються такі вимоги:

1. представленість (можливість врахування в обгрунтованих пропорціях);

2. конкретність (існування певного фізичного змісту)

3. конструктивність

4. універсальність

5. системність

Можливість побудови критеріїв ефективності, що враховують поряд з точністю інші параметри АЦКП, та мають якісний фізичний зміст, зявляється при використанні для оцінок точності АЦКП інформаційних характеристик.

На основі цих міркувань та розглянутих вище властивостей ефективності, в якості основи для розробки КЕ використовують формулу:

^qr( 3600/( ₀+ _П1))^qн В^qв Х^q )/ (С₀)_і + (С_ПІ)_і)^qi

Де: - оцінка інформаційної продуктивності (біт/с), що характеризує кількість інформації про сигнал, що передається через перетворювач інформації (ПІ) в одиницю часу;

В – швидкодія ПІ (перетворень за секунду)

Х – неінформаційна характеристика точності

_{0, П1} – середні інтенсивності відмов відповідно системі (без врахув. ПІ) та ПІ.

(С₀)_і ,(С_ПІ)_і – вартісні характеристики системи (без ПІ) та ПІ.

qr, qв, qн, q , qi – логічні змінні що приймають значення 1, якщо відповідний параметр є домінуючим, і 0 – якщо ні.

Ця формула є загальною і дозволяє отримати широкий клас критеріїв ефективності ПІ. Даний підхід є системним, оскільки враховує ефективність всієї системи при використанні в ній того чи іншого АЦКП.

3. Оптична обробка та розпізнавання зображень

Цифрова обробка зображень (ЦОЗ) є складною областю, що швидко розвивається і охоплює безліч сучасних методів обробки, аналізу і синтезу зображень. Таким чином, обробка зображень може бути подана з точки зору виконуваного перетворення інформації такими областями:

• перетворення або власне обробка зображень;

• аналіз зображень;

• синтез зображень.

Перетворення або власне обробка зображень містить перетворення деякого вхідного зображення у вихідне, причому обидва зображення можуть бути як однаковими, так і різними за фізичною природою. Вхідна інформація задається у вигляді двовимірного або в загальному випадку у вигляді N-вимірного розподілу деякої фізичної величини (фізичного поля). Характерною рисою цієї обробки є відсутність проміжних обчислювальних (цифрових) представлень зображень у «незображувальній» формі).

До області перетворення зображень відносяться:

• візуалізація невидимих електромагнітних (інфрачервоних і ультра фіолетових) полів;

• поліпшення якості зображень;

• відновлення зображень;

• реконструкція зображень;

• кодування зображень.

Аналіз зображень полягає в тому, що для вхідного зображення одержують деяку систему параметрів (ознак), що характеризують його. Найбільш поширеними є описи зображення у вигляді множини чисел або різноманітні структурно-лінгвістичні описи. Існує безліч систем ознак зображень і відповідних методів побудови описів і виділення ознак. Це пов'язано з неформалізованістю задач аналізу зображень, через що вибір системи ознак і методів їхнього знаходження є евристичним і визначається як специфікою конкретної задачі і вимогами до апаратурно-алгоритмічного забезпечення, так і суб'єктивними факторами, тобто інтуїцією розробників.

Синтез зображень являє собою задачу, обернену аналізу зображень, і полягає у формуванні оптичного візуально сприйманого зображення за деяким його описом. З погляду змістовної природи вхідних зображень, синтез може бути поділений на дві великі області:

• синтез абстрактних зображень;

• синтез реалістичних зображень.

Області застосування систем синтезу абстрактних зображень оперують відносно незначними потоками інформації, що не створює принципових труднощів при практичній реалізації таких систем на основі стандартних інформаційно-обчислювальних засобів і засобів відображення інформації. Значно більшими потоками інформації оперують системи синтезу реалістичних зображень, у яких потрібно формувати повномасштабне теле- або відеозображення.

Білет 3

1. Балансные кинетические уравнения. Каждый атом или молекула обладает большим числом возможных состояний i с энергией Е_i. Пусть N₀ — число атомов в основном состоянии с энергией E₀=0. Тогда число N_i атомов, которые находятся в энергетическом состоянии Е_i в тепловом равновесии определяется распределением Больцмана

N_i = N₀e^-Ei/kT i=1,2….

При нарушении теплового равновесия распределение отклоняется от больцмановского. При описании лазера с помощью балансного уравнения имеем: характеристику поля излучения с помощью числа фотонов в соответствующем собственном типе колебаний, а также χ как потери в единицу времени (потери в резонаторе); отклонение от теплового равновесия (накачка лазера), обусловленное числом Ri атомов, перешедших в единицу времени на уровень i.

Скорость изменения числа атомов N_i в состоянии i в единицу времени равна вероятности перехода в единицу времени, умноженной на число атомов N_i. Изменение определяется суммой (увеличение заселенности +, уменьшение заселенности—) переходов, если с уровнем связано несколько переходов. Часто оказывается достаточным рассмотрение в атоме только двух уровней, связанных лазерным переходом.

Для схемы уровней на рис. 2.2 балансные (скоростные) уравнения имеют следующий вид:

Возможные процессы	Вероятность в единицу времени
Спонтанное излучение Вынужденное излучение Поглощение Релаксационные процессы (опустошение уровня 1, 2) Процесс накачки (возбуждение уровня 2) Потери на излучение	А nB nB γ1, γ2 R χ

уравнения для заселенностей dN₁/dt = (N₂-N₁)Bn+N₂A-N₁ γ₁

dN₂/dt = R-(N₂-N₁)Bn-N₂A-N₂ γ₂

уравнение для поля излучения dn/dt = - χn+(N₂-N₁)Bn

Общие зависящие от времени решения возможны только с помощью численных методов. Часто достаточно иметь решение для стационарного состояния

dN₁/dt = 0; dN₂/dt = 0; dn/dt = 0.

Закон сохранения для числа атомов, участвующих во взаимодействии,

R = N₁ γ₁ + N₂ γ₂

Свойства излучения идеального лазера. В идеальном лазере возбуждается только одна мода. Свойства излучения характеризуются шириной линии (длиной когерентности) и флуктуациями интенсивности лазерного излучения. Ширина линии δυ определяется флуктуациями фазы спонтанного излучения и добротностью резонатора, характеризуемой шириной пика собственной частоты δυ_R:

συ = (πhν/P) δν²_R, (1)

где Р — выходная мощность лазера. Тем самым определяется (максимальная) длина когерентности:

L_K=c/(2δν) (2)

Если поперечное сечение лазерного пучка рассматриваемого собственного колебания составляет A_к, то объем когерентности равен: V_K=A_k·l_K. (3)

В пределах объема когерентности значения напряженности поля коррелированы, поле излучения в хорошем приближении можно описывать волной с постоянной фазой и амплитудой.

Малая ширина линии лазера способствует тому, что большая часть накопленной в активной среде энергии излучается в узком спектральном диапазоне. Это объясняет монохроматичность лазерного излучения и высокую спектральную плотность энергии. Напряженность электрического поля излучения, распределение фотонов которого задается распределением Пуассона, можно описывать классической синусоидальной волной.

Синхронизация мод. Генерация лазера происходит вообще на многих модах (М), что определяет его спектральные характеристики, а также интенсивность излучения. Суммарная напряженность электрического поля излучения равна:

, i = 1,2,3,….M,

и суммарная интенсивность излучения

при статистических случайных фазах φ_i между полями мод. В зависимости от продолжительности накачки получается импульсное или непрерывное излучение с сильными колебаниями амплитуды.

Синхронизация фаз. Все собственные колебания имеют одинаковую фазу φ (независимо от i). Тогда для суммарной интенсивности (импульсное излучение) имеем

где Δν — частотный интервал между модами, а максимальная интенсивность Iтах = l_iM².

Следует отметить, что интенсивность Iтах лазерного излучения больше в М раз по сравнению со случаем статистически распределенных фаз между модами.

Длительность импульса

Δt = 1/(ΔνM)

Отсюда следует возможность получения импульса лазерного излучения. Необходимая синхронизация фаз возможна различными способами.

Условия генерации лазера: Принцип действия лазера состоит в том что бы свойства излучения системы в основном определялись вынужденным излучением. Это возможно только в том случае, когда число атомов на верхнем энергетическом уровне і рассматриваемого перехода больше, чем число атомов на нижнем энергетическом уровне j (N_i > N_j); такое состояние обозначается как состояние с инверсией заселенности. Отсюда следуют два условия генерации лазера.

Первое условие генерации лазера: наличие инверсии заселенностей. Это достигается с помощью обратной связи усиленной волны в резонаторе, в котором возможны только определенные собственные колебания (моды).

Второе условие генерации лазера (пороговое условие): усиление света должно компенсировать затухание энергии обусловленное потерями в резонаторе.